UTILIZAREA PROGRAMELOR NUMERICE IN

PROBLEMELE DE MEDIU

Modelele utilizate pentru studiul poluarii în mediul inconjurator descriu mecanismele de

poluare ale acesteia, utilizând ecuaţii matematice, completate de ipoteze simplificatoare de calcul.

Setul de ipoteze exprimă înţelegerea noastră asupra mediului şi a mecanismelor care duc la poluarea

lui. Aceste ipoteze conduc la neunicitatea modelului, astfel încât pentru un mediu dat se pot realiza

diferite modele matematice, în funcţie de ipotezele utilizate. Datorită acestora, modelele matematice

trebuie privite ca aproximări ale fenomenului fizic şi nu ca o reproducere exactă.

Modelul de poluare a mediului poate fi considerat ca fiind rezultatul a două etape distincte:

realizarea propriu-zisă a modelului, care poate fi transpus într-un program software;

aplicarea modelului pentru un scop specific (model de prognoză cantitativă şi calitativă a

poluării, optimizarea investigaţiilor asupra mediului respectiv, evaluarea riscului asociat

poluării).

Exemple de modele sau programe:

I. APA

1. AQUATOX - este un model de simulare ce poate fi folosit pentru sistemele acvatice.

AQUATOX prezice soarta diferiților poluanți, cum ar fi nutrienți și substanțe chimice organice,

precum și efectele acestora asupra ecosistemului, inclusiv pește, nevertebrate, precum și plante

acvatice.

AQUATOX poate fi utilizat pentru a aborda o varietate de probleme care necesită o mai bună

înțelegere a proceselor de natura fizică și chimică din domeniul biologic.

AQUATOX poate include:

‐ Dezvoltarea numerica a obiectivelor nutritive bazata pe obiectivele biologice finale dorite.

‐ Evaluarea factorilor de stres care provoaca impedimente biologice

‐ Rezulatele efectelor pesticidelor sau a altor substante toxice in mediul acvatic.

‐ Evaluarea ecosistemului de a raspunde la schimbarile climatice

‐ Estimarea perioadei de refacere a tesuturilor de peste contaminate la niveluri de siguranta,

dupa reducerea concetratiei de poluant.

Fig 1. Procesele si efectele programului Aquatox

2. GPS-X Wastewater Treatment Modelling – GPS-X este un program software pentru

modelarea și simularea instalatiilor de tratare a apelor uzate municipale si industriale. Fie că se

proiecteaza o nouă instalatie sau simulează o instalație existentă, GPS-X va ajuta să vă

îmbunătățiți design-ul și eficiența de operare.

Fig 2. Interfata programului GPS-X

GPS-X dispune de o interfata usor de utilizat si oferă inginerilor o dovada pentru procesul de

analiză a apelor uzate.

3. TOXCHEM – modeleaza emisiile toxice din procesele de epurare. Se poate construi o

instalatie, selecta contaminatii si observa emisiile.

TOXCHEM este folosit pentru estimarea și raportarea emisiilor din aer și directia noxe din timpul

colectării și tratarii apelor uzate. Este usor de folosit, cu elementele ce se gasesc in stanga se poate

construi o instalatie, apoi dupa rulare se afiseaza rezulatate.

Fig 3. Model de instalatie si rezultatele afisate

4. WATPRO – Modelarea tratarii apei: WatPro este primul simulator de tratare a apei pentru

estimarea calității apei pe baza proceselor de tratare specifice și de adiție a unor substante

chimice (de exemplu: clorura ferica, hidroxid de sodiu, var). WatPro utilizează parametri de

calitate a apei brute, cum ar fi pH-ul sau continutul total de carbon organic, precum și

proiectarea și funcționarea rezervoarelor din proces, pentru a simula funcționarea instalației.

Fig 4. Interfata programului WatPro

WatPro oferă caracteristici pentru a te ajuta să obții informații în timp util, precum:

‐ sistem SCADA pentru monitorizarea continuă a performanței sistemului.

‐ analiza de sensibilitate pentru evaluarea efectele modificărilor chimice

‐ ratele calibrabile specifice reacțiilor chimice (de exemplu, dezintegrarea clorului)

Procesele unitare incluse sunt: aditia de dezinfectant (Cl2, ClO2, O3, NH2Cl), aditie de substante

chimice (pentru ajustarea pH-ului, floculare), rezervor de amestecare, floculator, sedimentare si

filtrare.

II. SOL

1. CalTOX este un model de calcul tabelar care raporteaza concentrația unei substanțe chimice

aflate în sol la riscul sănătății unei persoane care locuiesc sau lucrează pe sau în apropierea

solului contaminat.

Fig 5. Structura modelul CalTOX

Fig 6. Interfata si rezulatele din CalTOX

2. LISEM - Limburg Soil Erosion Model

LISEM este un model de eroziune a solului utilizat pentru a simula hidrologia și transportul

sedimentelor în timpul și după precipitații. Modelul este cel mai bine folosit ca instrument de

cercetare.

Fig 7. Ecranul principal și rezultatele afisate

III. AER

1. TAPM (The Air Pollution Model) este un model combinat meteorologie - dispersie dezvoltat

de CSIRO (Australia).

Componenta meteorologică a TAPM este un model de prognoză, incompresibil, non-hidrostatic, de

ecuaţie primitivă rezolvată în coordonate care urmăresc topografia. Modelul rezolvă ecuaţiile

impulsului pentru componentele orizontale ale vântului, ecuaţia de continuitate incompresibilă din

care derivă viteza vertical si ecuaţiile scalare pentru temperatura virtuală potenţială si umiditatea

specifică a vaporilor de apă, a apei din nori si a apei din precipitaţii.

Fig 8. Interfata TAMP - Polluation

Soluţia pentru câmpul de vânt, temperatură virtuală potenţială si umiditatea specifică, este

secvenţial asimilată prin valorile sinoptice ale acestor mărimi furnizate în baza de date a modelului.

2. AERMOD este un model de pană staţionară de tip Gaussian, aplicabil atât zonelor rurale, cât

si urbane, pe teren plat sau complex, pentru emisii la suprafaţă sau la înălţime si pentru surse

multiple, de toate categoriile: punctuale, de suprafaţă si de volum.

Fig 9. Structura programului de modelare AERMOD

AERMOD (Modelul Reglementar AMS-EPA) a fost elaborat de AERMIC (Comitetul AMS-EPA

de Îmbunătăţire a Modelelor Reglementare), un grup de lucru format din oameni de stiinţă ai AMS

(Societatea Americană de Meteorologie) si U.S. EPA (Agenţia de Protecţie a Mediului a Statelor

Unite), înfiinţat în 1991, cu scopul de a dezvolta un model de ultimă oră pentru aplicaţii

reglementare, capabil să ia în considerare, de exemplu, noile concepte cu privire la stratul limită

planetar, interacţiunea penei de poluant cu terenul, emisii de suprafaţă, efectul de clădire, dispersia

în condiţii urbane.

Sistemul de modelare AERMOD constă în modelul de dispersie propriu-zis AERMOD si două

preprocesoare: preprocesorul meteorologic AERMET, care pune la dispoziţie modelului de

dispersie informaţiile meteorologice de care are nevoie pentru a caracteriza stratul limită planetar, si

preprocesorul de teren AERMAP, care caracterizează terenul si generează grile de receptori pentru

modelul de dispersie.

3. MEDIA - model de dispersie si transport a poluantilor – este un model francez tridimensional

Eulerian pentru transportul poluantului în atmosfera pe traiectorii medii si lungi. El

functioneaza cuplat cu modelul numeric de prognoza atmosferica (ALADIN), care furnizeaza

câmpurile atmosferice necesare la simularea proceselor fizice si dinamice ce actioneaza asupra

poluantului eliberat.

ALADIN – model numeric de prognoza atmosferica – este versiunea pentru arii limitate a unui

model spectral global pentru prognoza atmosferica, care este operational la Meteo-France,

Toulouse. Acesta este implementat si în România la Institutul National de Meteorologie si

Hidrologie INMH, care receptioneaza prin internet de la Meteo-France conditiile initiale si la

frontiera domeniului de modelare. Principalele caracteristici ale modelului ALADIN rulat în

România sunt: rezolutie temporala - 540 s; rezolutie orizontala - suprafata de 10 Km, acoperind

România între punctele 41.11 – 49.80 gr. N si 20.69 – 32.13 gr. E, si cu grad mai mare al

rezolutiei la nivelul orasului Baia Mare (mai putin de 4 km); este structurat pe 31 de niveluri

verticale; numar de puncte de grila – 89 x 89; furnizeaza date meteorologice prognozate pentru

48 de ore.

Fig 10. Prognoza calitatii aerului folosind modelul atmosferic ALADIN, cuplat cu modelul de transport si dispersie MEDIA la nivel regional si modelul de calcul al traiectoriilor.

Bibliografie

1. http://water.epa.gov/scitech/datait/models/aquatox/about.cfm

2. http://www.hydromantis.com/GPS-X.html

3. http://www.hydromantis.com/TOXCHEM.html

4. http://www.hydromantis.com/WatPro_01.html

5. http://www.dtsc.ca.gov/AssessingRisk/caltox.cfm

6. http://www.itc.nl/lisem/

7. http://www.cmar.csiro.au/research/tapm/docs/tapm_v4_user_manual.pdf

8. http://life-airforall.inmh.ro/rom/